Главная страница

Связь никотина с раковыми опухолями. Опухолями 02. 09. 2015 Онкология, Переводы Медач


Скачать 0.57 Mb.
НазваниеОпухолями 02. 09. 2015 Онкология, Переводы Медач
АнкорСвязь никотина с раковыми опухолями.pdf
Дата10.05.2017
Размер0.57 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаSvyaz_nikotina_s_rakovymi_opukholyami.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипДокументы
#17871
страница2 из 3
Каталог
1   2   3
Опосредованные нАцХР эффекты никотина
нАцХР.
Никотиновые ацетилхолиновые рецепторы являются классическими представителями суперсемейства лиганд-зависимых ионных каналов. Канал открывается при связывании
АХ или агонистов никотиновой группы, например, никотина. Содержащие никотин изделия усиливают сигнализацию от нАцХР, так как никотин имеет большее сродство к этим рецепторам, нежели АХ. Кроме того, увеличение экспрессии нАцХР на поверхности клетки в присутствии никотина может усиливать ответ клетки на аутокринную или паракринную стимуляцию физиологическими концентрациями АХ. Учитывая тот факт, что раковые клетки, с одной стороны, выделяют АХ, а с другой — экспрессируют нАцХР, можно сделать вывод о том, что эти рецепторы могут играть определенную роль в образовании опухолей даже в отсутствие стимуляции никотином. АХ-зависимые каналы в общем — пентамеры, состоящие из различных комбинаций субъединиц α1-α10, β1-β4, γ, δ и ε (рис. 1a), при этом субъединицы обладают структурным сходством и каждая из них имеет по 4 трансмембранных домена (рис. 1b). нАцХР, в частности, состоят из АХ- связывающих α-субъединиц и ―структурных‖ субъединиц. Субъединицы α7, α8
(отсутствующая у человека), α9 могут формировать гомомерные нАцХР (впоследствии мы будем говорить о подтипах нАцХР, которые содержат эти субъединицы, как о ―α7 нАцХР‖ и ―α9 нАцХР‖). На рисунке 1a показано, как из различных комбинаций субъединиц α1-α6 и β1-β4 составляются разные гетеромерные пентамерные каналы, например, может быть сформирован канал, содержащий субъединицы α3(β2/β4)±α5/α9 и
α10. нАцХР в развивающейся мышце содержат две субъединицы α1, по одной β1, γ и δ. В зрелой мышце субъединица γ заменяется субъединицей ε. Есть и другие подтипы нАцХР, которые называют ―нервными‖, так как после их открытия считалось, что они экспрессируются исключительно нейронами. Различия в составе субъединиц определяют функциональные и фармакологические особенности полученных каналов. Например, добавление субъединицы α5 (вспомогательной субъединицы, которая функционирует только в присутствии одновременно других α- и β-субъединиц) к двум субъединицам α3 и либо β2, либо β4, изменяет фармакологические и биофизические свойства нАцХР и увеличивает проницаемость канала для ионов Ca2+. Не-нервные клетки способны экспрессировать практически все известные субъединицы и формировать из них функционирующие нАцХР. Котинин, как и никотин, может связываться с нАцХР, содержащими субъединицы α4 и β2, α3 и β2, α6 и β2.
Нормальные и злокачественные клетки экспрессируют различные подтипы рецепторов, кроме того, различаются и сигнальные пути, активируемые этими рецепторами.
Состояние рецепторного аппарата зависит от типа клетки, текущей стадии клеточного цикла и влияния среды (например, от присутствия табачного дыма). Например, каждая клеточная линия немелкоклеточного рака легкого несет уникальный по качественному составу набор нАцХР на своей поверхности; некоторые клеточные линии аденокарцином и плоскоклеточных карцином экспрессируют нАцХР мышечного типа, содержащие субъединицы α1, β1, δ и ε, в то время как другие клеточные линии экспрессируют нАцХР нервного типа, содержащие субъединицы α3, α7 и α9. Хроническое воздействие чистого никотина или экстракта табака на культуры человеческих кератиноцитов кожи и полости рта изменяет экспрессию нАцХР, при этом зачастую клетки начинают экспрессировать нАцХР, характерные для раковых клеток. Не менее важную роль играет и количество
нАцХР. Была показана связь гиперэкспрессии нАцХР с развитием раковой опухоли. В частности, никотин увеличивает экспрессию субъединицы α7, что приводит к экспрессии большего количества α7 нАцХР; известно, что этот тип рецепторов опосредует многие патологические эффекты никотина и табак-специфичных нитрозаминов. У некоторых типов раковых клеток избирательно увеличена экспрессия определенных подтипов нАцХР, независимо от того, курит ли человек, от которого был получен тот или иной образец (например, в клетках опухолей легких повышена экспрессия α7 нАцХР, а в клетках опухолей молочной железы — α9 нАцХР). В то же время, подавление экспрессии определенных субъединиц нАцХР (например, α9) ослабляет индуцированную воздействием никотина или табачных нитрозаминов пролиферацию клеток in vitro и in
vivo.
Ионные сигнальные процессы, активирующиеся при
открытии канала нАцХР.
Через лиганд-зависимые каналы нАцХР при их открытии происходит пассивный транспорт ионов Na+и Ca2+ внутрь клетки и транспорт ионов K+ из клетки. В нейронах активация нАцХР приводит к деполяризации мембраны и открытию потенциал- зависимых кальциевых каналов, через которые поток ионов Ca+ направляется внутрь клетки. Несмотря на то, что потенциал-зависимые кальциевые каналы встречаются и у не- нервных клеток, например, у кератиноцитов, вход кальция в клетку после стимуляции никотином осуществляется в основном через ионные каналы нАцХР, при этом величина потока у разных подтипов рецепторов различна. Гомомерные каналы, содержащие субъединицы α7 и α9, а также гетеромерные каналы, содержащие субъединицы α9 и α10, наиболее проницаемы для ионов Ca2+. В результате входа ионов Ca2+ внутрь клетки внутриклеточная концентрация несвязанного кальция возрастает. Однако в экспериментах на нескольких типах не-нервных клеток было продемонстрировано, что проявления никотинергических эффектов можно добиться и в отсутствие внутриклеточного потока ионов Ca2+ и Na+. Таким образом, становится очевидно, что сигнализация от нАцХР не- нервных клеток должна осуществляться с участием как ионных, так и не-ионных сигнальных путей. Оба типа сигнализации могут играть ключевую роль в возникновении определенных биологических ответов при стимуляции клеточной никотинергической сигнальной системы.
Не-ионные сигнальные процессы, активирующиеся с участием
нАцХР-зависимых протеинкиназ.
Активация нАцХР не-нервных клеток активирует и ряд не-ионных сигнальных процессов, которые осуществляют регуляцию фосфорилирования и дефосфорилирования белков. Эта функция нАцХР невозбудимых клеток была открыта сравнительно недавно.
Экспериментально были выявлены незначительные различия ферментных каскадов, которые активируются при связывании никотина с нАцХР не-нервных клеток. Тип взаимодействия нАцХР с сигнальными молекулами зависит в равной степени от типа не- нервной клетки, на которую воздействует никотин, и от типа участвующей в этом взаимодействии субъединицы нАцХР. нАцХР-зависимые протеинкиназы могут быть активированы (с помощью фосфорилирования или дефосфорилирования) благодаря конформационным изменениям субъединиц нАцХР и/или связанных с ними белков (рис.
1c). Сигнализация от нАцХР может активировать фосфолипазу C (PLC), изоформы протеинкиназы C (PKC), PI3K, AKT, JUN-N-терминальную киназу (JNK), SRC, Янус- киназу 2 (JAK2), RAC, RHO, p38 MAPK и сигнальный путь RAS-RAF-MEK-ERK.
Ca2+/кальмодулин-зависимая протеинкиназа II (CaMKII) может активироваться как с
помощью ионных (поток ионов Ca2+, направленный внутрь клетки), так и не-ионных
(освобождение внутриклеточного кальция) сигнальных процессов. Например, активация α3-содержащих нАцХР кератиноцитов может привести к активации PKC; активация нАцХР, содержащих одновременно субъединицы α3 и α5 приводит к активации
CaMKII и p38 MAPK; активация α7 нАцХР может привести к активации p38 MAPK, AKT,
RAS-RAF-MEK-ERK и JAK2; наконец, активация α9 нАцХР приводит к активации PLC,
SRC, рецепторов эпидермального фактора роста (EGFR),
PKC, RAC и RHO. В сущности, все эти сигнальные молекулы участвуют в передаче сигналов от других поверхностных клеточных рецепторов, например, EGFR, поэтому их активация может опосредовать внутриклеточное перекрестное взаимодействие сигналов.
Составляющие нАцХР белки могут быть структурно связаны как с протеинкиназами, так и с протеин-тирозинфосфатазами в составе больших мультимерных комплексов.
Например, при стимуляции нАцХР никотином JAK2 связывается с субъединицей α7, что приводит к фосфорилированию и активации JAK2 с последующей активацией PI3K.
Субъединица α7 также может быть структурно и функционально связана с киназами семейства SRC, а субъединицы α3,
α4, α5 и β2 взаимодействуют с субъединицами G0α и Gβγ G-белков. Связанные с нАцХР белки могут модулировать никотинергическую сигнализацию (рис. 1c). Киназы семейства
SRC и предположительно связанные с ними фосфотирозинфосфатазы (PPTP) регулируют активность АцХР, при этом SRC усиливают сигнализацию, поступающую от нАцХР, а
PPTP оказывают противоположный эффект. Особенно интересно следующее наблюдение: никотинергическая активация митогенеза посредством α7 нАцХР осуществляется с помощью опосредованной β-аррестином активации сигнальных путей SRC и RB-RAF1. В то же время фармакологическая активация α7 нАцХР стимулирует тирозин-фосфатазу, которая может инактивировать SRC, тем самым осуществляя отрицательную регуляцию. нАцХР-зависимые сигнальные каскады имеют множество других мишеней, в том числе факторы транскрипции, управляющие экспрессией генов (пример на рис. 1d), компоненты метаболических путей и структурные компоненты цитоскелета. Однако точные механизмы сигнализации в каждой конкретной ситуации еще предстоит установить.
В исследовании никотинергической регуляции экспрессии α2 интегрина в кератиноцитах была установлена новая парадигма α7 нАцХР-опосредованной координации ионных и не- ионных сигнальных процессов. В эксперименте никотин оказался способен одновременно воздействовать на экспрессию генов и вызывать изменения цитоскелета, которые были необходимы для осуществления одного конкретного этапа клеточной миграции.
Увеличивающий активность α2 интегрина каскад RAF-MEK-ERK был активирован благодаря одновременному влиянию двух механизмов: Ca2+-зависимой активации
CaMKII и PKC, а также Ca2+-независимой активации RAS. В свою очередь, опосредованная PI3K активация RHO-зависимой протеинкиназы (ROCK) осуществлялась благодаря как Ca2+-зависимой активации CaMKII, так и Ca2+-независимой активации
JAK2. Таким образом, разные сигналы, поступающие от α7 нАцХР могут активировать общие эффекторные молекулы и иметь общие мишени. Кооперативная сигнализация от α7 нАцХР, которая одновременно увеличивает активность α2 интегрина и активирует ROCK, имеет огромное биологическое значение, так как работа обеих этих эффекторных систем необходима для инициации клеточной миграции — процесса, который может играть важную роль в инвазии соседних тканей раковыми клетками и образовании метастазов.

Изображение: журнал Nature
Рисунок 1
Структура и функции нАцХР
a | Субъединицы, составляющие гомо- и гетеромерные подтипы нАцХР. Участок связывания лигандов расположен в бороздке между двумя субъединицами. Структурная субъединица, не участвующая в связывании лиганда, выделена бежевым цветом.
b | Топология расположения лиганд-связывающей α субъединицы нАцХР в мембране. Четыре гидрофобных трансмембранных домена обозначены как M1-M4. Лиганд-связывающий участок расположен на NH2-конце белковой цепи. Участки фосфорилирования киназ семейства SRC (SFK) отмечены как ―P‖.
c | Возможные нАцХР-зависимые белки и их биологические эффекты. В ходе современных исследований были получены данные о связи нАцХР с заякоривающими (стабилизирующими) и адапторными белками (белками скаффолда), а также с протеинкиназами и фосфатазами. Нисходящая сигнализация, управляющая фосфорилированием сигнальных и структурных белков и изменяющая экспрессию генов, запускается конформационными изменениями субъединиц нАцХР, которые происходят при связывании рецептора с лигандом, например, АХ, никотином или его производным. Восходящая сигнализация, с помощью которой регулируется соотношение, количество, топология и функция
мембранных нАцХР, осуществляется посредством вышеупомянутых нАцХР-зависимых белков в ответ на различные внутренние сигналы.
Эти системы могут опосредовать перекрестное взаимодействие нАцХР с другими типами поверхностных клеточных рецепторов.
d | Совместное действие сигнальных путей RAS–RAF–MEK–ERK,
JAK2 и STAT3 после активации α7 нАцХР. Стимуляция α7 нАцХР
АХ или никотином приводит к изменению экспрессии генов благодаря активации STAT3, которая происходит посредством двух взаимодополняющих сигнальных путей. Активация RAS–RAF–
MEK–ERK увеличивает количество STAT3 благодаря увеличению экспрессии его гена, а активация JAK2 приводит к фосфорилированию STAT3, после чего становится возможным перемещение димеров STAT3 в ядро и изменение экспрессии других генов и PPTP.
Роль нАцХР в регуляции экспрессии генов.
Как ионные, так и не-ионные сигнальные каскады, запущенные при участии нАцХР, могут приводить к изменениям в экспрессии генов. В классических исследованиях, проведенных на культуре нейроноподобных клеток клеточной линии SH-SY5Y, было продемонстрировано, что активация нАцХР модулирует экспрессию разнообразных генов, продукты которых можно распределить по четырем группам: факторы транскрипции, факторы процессинга белков, РНК-связывающие белки и белки, связанные с плазматической мембраной. Последующие исследования не-нервных клеток подтвердили эти наблюдения. Было установлено, что регуляция экспрессии генов является общебиологической функцией нАцХР. Например, в исследовании на макрофагоподобных клетках клеточной линии U937 воздействие никотина увеличило экспрессию 118 генов и подавило экспрессию 97 генов. У кератиноцитов активация нАцХР изменила экспрессию генов, которые кодируют белки, отвечающие за трансдукцию сигналов, регуляцию клеточного цикла, апоптоз, межклеточную и клеточно- субстратную адгезию. При активации α3-содержащих нАцХР была увеличена экспрессия в числе прочих гена, кодирующего преобразователь сигнала и активатор транскрипции 1
(STAT1), при этом активация α7 нАцХР приводила к увеличению экспрессии генов, кодирующих STAT3 и GATA2. Воздействие никотина также увеличивало экспрессию маркера клеточного цикла и клеточной дифференцировки Ki67, ядерного антигена пролиферирующих клеток (PCNA), p21, циклина D1, p53, филаггрина и лорикрина. Эти белки могут сдвинуть динамическое равновесие между процессами роста и созревания клеток в сторону раннего и чрезмерного ороговения.
Недавний анализ воздействия никотина на транскриптом здоровых эпителиальных клеток молочной железы выявил изменения в экспрессии большого количества генов, вовлеченных в клеточные и метаболические процессы, в числе которых было немало генов, связанных с раковыми опухолями. В исследованиях на человеческих злокачественных клетках молочной железы линии MDA-MB-231 было показано положительное влияние никотина на экспрессию BCL-2 (обладающего анти- апоптотическим эффектом) и увеличение долговременной выживаемости клеток благодаря сигнализации через сигнальный путь SRC-AKT. Благодаря этим наблюдениям была выявлена регуляторная сеть, основным звеном которой является взаимодействие никотина с нАцХР, которое интегрирует митогенные сигналы, необходимые для развития опухоли молочной железы. На крысиной модели рака мочевого пузыря
продемонстрировано увеличение экспрессии мутантного p53, потерявшего свои противоопухолевые свойства, при воздействии никотина. В клетках опухолей толстой и прямой кишок человека линий Caco-2 и HCT-8 никотин увеличил активность фосфорилирования AKT и экспрессию PI3K, PKC, ERK1, ERK2, сурвивина и BCL-2. Эти эффекты были опосредованы активацией α7 нАцХР и были ассоциированы с увеличением клеточной пролиферации и уменьшением апоптоза. Интраперитонеальное введение никотина мышам линии A/J с предварительно индуцированным воздействием NNK раком легких снизило вероятность выживания и подавило экспрессию сиртуина 1 (обладающего противоопухолевым эффектом) в легких.
С учетом проопухолевого потенциала аутокринного и паракринного АХ, вызванные никотином геномные процессы, приводящие к увеличению экспресии компонентов никотинергических сигнальных путей, представляют особенный интерес. В клетках человеческой бронхоальвеолярной карциномы никотин увеличил экспрессию холинацетилтрансферазы и везикулярного транспортера ацетилхолина, увеличив, таким образом, синтез и секрецию АХ. Эти геномные эффекты никотина были опосредованы активацией α7-, α3- и β2-, и β3-содержащих нАцХР. В клетках плоскоклеточной карциномы легких и носоглотки человека никотин увеличивал экспрессию субъединицы
α7 нАцХР. Эти новые наблюдения соответствуют более ранним сообщениям о никотин- зависимой модуляции экспрессии нАцХР в эпителиальных клетках, при которой α3- содержащие нАцХР заменялись α7 нАцХР. Несмотря на то, что экспрессия большинства клеточных рецепторов снижается в присутствии их агонистов, в случае никотина происходит обратное: хроническая стимуляция нАцХР приводит к парадоксальному увеличению экспрессии α7 нАцХР, а также нАцХР, содержащих одновременно субъединицы α5, α3 и β2. В кератиноцитах смена α3 и β2/β4-содержащих нАцХР на другой подтип, который также содержит субъединицу α5, происходит в основном с участием PKC; дальнейшая смена α3, β2/β4 и α5-содержащих рецепторов на α7 нАцХР опосредуется CaMKII и p38 MAPK; в положительную саморегуляцию экспрессии α7 нАцХР вовлечены JAK2 и сигнальный путь p38 MAPK-AKT. Фактор транскрипции
GATA2 играет ключевую роль в увеличении экспрессии субъединицы α7 по механизму положительной обратной связи. Смена доминирующего подтипа нАцХР прогрессивно увеличивает поток поступающего в клетку кальция, а этот процесс ассоциирован с изменениями экспрессии генов, продукты которых управляют клеточным циклом и функциями клеток. Таким образом, никотин-зависимое изменение качественного состава нАцХР может стать новым патофизиологическим механизмом, объясняющим токсическое воздействие никотина на не-нервные клетки.
Синергетическое взаимодействие никотинергической
сигнализации и сигнализации от гормонов и факторов роста.
Достоверно известно, что никотин способен ускорять заживление ран благодаря его синергетическому действию совместно с различными факторами роста. Воздействие никотина приводит к увеличению экспрессии фактора роста фибробластов 1 (FGF1) и его рецептора, FGF2 и фактора роста эндотелия сосудов (VEGF). Изучение этих эффектов никотина может помочь объяснить некоторые аспекты его проопухолевого воздействия. У быков активация нАцХР увеличивает экспрессию FGF2 посредством индукции фосфорилирования тирозина в некоторых белках, в том числе в связывающихся с промотором факторах транскрипции. Соответственно, ингибирование нАцХР подавляет экспрессию FGF2. В свою очередь, FGF2 и инсулиноподобный фактор роста I (IGF-I) могут влиять на экспрессию и расположение нАцХР на мембране, что может изменять биологические эффекты никотина. Было показано, что никотин ингибирует синтез и
секрецию трансформирующего фактора роста-β (TGFβ), благодаря чему раковые клетки могут избежать анти-пролиферативного влияния этого фактора роста; однако, такой эффект наблюдается не во всех типах клеток. В клетках карциномы носоглотки человека никотин увеличил экспрессию VEGF, однако при этом подавил экспрессию пигментного фактора эпителиального происхождения (PEDF) — многофункционального секретируемого белка, который несет анти-ангиогенные, анти-пролиферативные и нейротрофические функции — и это привело к значительному соотношения VEGF/PEDF.
В нескольких исследованиях было продемонстрировано, что сигнализация от нАцХР при стимуляции никотином в том числе повлияла на фосфорилирование и активацию EGFR; считается, что этот сигнальный путь может быть вовлечен в развитие рака молочной железы. Сигнализация от факторов роста может изменять состав и экспрессию нАцХР на поверхности клетки. Например, сигнализация от FGF2, инсулина и IGF-I, а также от рецепторов к эстрогенам изменяет экспрессию нАцХР и их расположение на мембране, изменяя, таким образом, биологические эффекты аутокринного и паракринного АХ, а также никотина. Никотин также увеличивает синтез адреналина, который может стимулировать рост раковых клеток, воздействуя на адренорецепторы, связанные с G- белками. Все вместе эти наблюдения являются вескими доказательствами наличия синергетического взаимодействия между рецепторами к факторам роста и нАцХР. Это взаимодействие может оказаться необходимым условием для проявления биологических и проопухолевых эффектов никотина и его метаболитов после их связывания с нАцХР.
1   2   3

перейти в каталог файлов
связь с админом